Российские ученые увидят недоступный свет Крабовидной туманности
Разработанные российскими учеными из Института ядерной физики имени Г.И. Будкера СО РАН и Новосибирского государственного университета детекторы позволят зарегистрировать недоступные ранее для изучения частицы, летящие из глубокого космоса.
"Фактически мы сможем пройти в ту область, которая была недоступна современной астрономии, - комментирует старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН Евгений Кравченко. - Если у нас будут данные наблюдения за гамма-квантами с энергией от 100 ТэВ*, то мы сможем найти пэватрон, то есть источник космических частиц с энергией 1 ПэВ и выше. Это, в свою очередь, позволит исследовать механизм ускорения заряженных частиц в космосе". Таким образом, участники работ в обсерватории TAIGA, создающейся в коллаборации ученых Италии, Германии, Румынии и России, станут первыми в мире, кому откроются для исследований события, связанные с известными или неизвестными космическими объектами. В частности, они смогут наблюдать "невидимый свет" Крабовидной туманности, которая является источником частиц с высокой энергией. Ученые рассчитывают получить первые сигналы от нее через 2 года. На этот период запланирована серьезная научная программа.
Изучение частиц - гамма-квантов с энергией порядка 1 ТэВ - стало возможным с появлением черенковских телескопов. Детектор, разработанный сибирскими учеными, позволит найти новые источники, а также проверить гипотезы происхождения частиц с высокой энергией в недоступном ранее диапазоне энергии - от 100 ТэВ и выше.
Ежесекундно в космосе проходят те же самые процессы, что и на больших исследовательских физических установках, на которых ученые пытаются разгадать секреты возникновения Вселенной. На Землю из космоса постоянно идет поток: заряженных частиц - протонов или ядер, а также гамма-квантов - частиц с высокой энергией, но не обладающих зарядом и массой.
Для сравнения: максимальная энергия сталкивающихся протонов на Большом адронном коллайдере - 7 ТэВ, а энергия гамма-квантов, прилетевших на Землю из космоса, может быть в 15 раз больше - 100 ТэВ. Предполагается, что частицы с такой энергией могут рождаться при взрывах сверхновых. Так как заряженные частицы отклоняются межгалактическими магнитными полями и полем Солнечной системы, понять их траекторию невозможно. На нейтральные гамма-кванты электромагнитное поле не действует, и поэтому они сохраняют первоначальное направление движения. Зарегистрировав их на Земле, мы можем узнать, откуда они прилетели. Попадая в атмосферу Земли, протоны и гамма-кванты рождают целый ливень заряженных частиц, по наблюдению которого их и регистрируют. Ливни отличаются друг от друга, так как заряженные частицы и гамма-кванты по-разному взаимодействуют веществом атмосферы. На небольших энергиях их можно отличить друг от друга, используя черенковский телескоп, который регистрирует "свет" от частиц при попадании в атмосферу. Однако при энергиях 100 ТэВ и выше это отличие практически незаметно.
Чтобы система была эффективна, она должна занимать большую площадь. Около 2000 детекторов, разработанных ИЯФ СО РАН и НГУ, будут размещены на площади 1 кв. км. Стоимость такого детектора составляет примерно тысячу долларов за квадратный метр, что, как отмечают ученые, до 20 раз ниже зарубежных аналогов. ИЯФ СО РАН успешно протестировал прототипы и переходит к началу производства, для которого уже закупаются элементы. В этом году планируется изготовить несколько десятков детекторов.
Сама обсерватория TAIGA находится в Тункинской долине, в 50 километрах от Байкала, среди гор и лесов Прибайкалья. В небольшом домике с дровяной печкой находится система управления детекторами. Сюда ученые по очереди приезжают на вахту по 10 дней. Задачи несложны: следить за набором экспериментальных данных, контролировать работу детекторов и кормить двух собак.
* Электронвольт - единица энергии, используемая в физике элементарных частиц и смежных науках. При определении энергии космических частиц используют тераэлектронвольт (ТэВ) - 1 трлн электронвольт, петаэлектронвольт (ПэВ) - тысяча ТэВ.
